[Section 1] 고전적으로 질량을 측정하는 방법

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[INTRO] 물리역학 미리보기

INTRO

물체의 운동법칙을 기술하는 뉴턴의 제1,2, 그리고 3법칙에 대해서 알게 되었다. 힘은 결국 질량에 의해서 계산되던데, 그러면 질량은 어떻게 측정하는 것인가?

속도의 시간 변화와 질량이 만드는 힘

가속도는 속도의 시간 변화량이다. 0에 한없이 가깝지만 0이 아닌 시간 동안에 변화하는 속도를 가속도로 정의하는 것이다. 속도를 v라 할 때, 가속도 a는 수식적으로 다음과 같이 나타낸다. 

 

가속도 공식

 

이 속도 물리량은 방향과 크기가 모두 존재하는 벡터량이다. 

 

가속도의 공식을 앎으로써, 우리는 질량을 계산하는 기본적인 방법에 대한 힌트를 얻었다. 바로 동일한 힘이 작용할 때 물체의 운동량을 비교하는 것이다.

운동량 보존의 법칙

역학에서 운동량은 속도와 질량의 곱으로 나타낸다. 이 운동량은 다음과 같이 기호 p를 사용하여 기술한다.

 

운동량의 기호와 정의

 

운동량 보존의 법칙은 질량 m의 어떤 물체가 속도 v로 이동할 때, 그 운동량 p는 변하지 않는다는 법칙이다. 따라서 충돌하는 두 물체는 계의 총운 동량은 항상 보존된다.

 

운동량 보존 법칙

 

* 위의 계는 탄성 정도가 1이고, 모든 마찰력은 고려하지 않은 상황이다.

 

이 운동량의 보존 법칙을 이용하면, 두 물체의 속도비를 이용하여 질량을 비교하는 것이 가능하다. 따라서, 고전적으로 질량을 측정한다는 것은 이 속도 비를 이용하는 방법이 존재하겠다.

 

 

* 다음 강의는 힘과에너지의 기본 성질입니다.

[Section 1] 힘과 에너지의 기본 성질